Germany's Photovoltaic Cluster - Institute For Strategy And ...

Report 16 Downloads 50 Views
PED‐329  Microeconomics of Competitiveness: Firms, Clusters and Economic Development   

   

Germany’s Photovoltaic Cluster    Authored by 

Kareen El‐Beyrouty  Adilet‐Sultan Meimanaliev  Lilit Petrosyan  Diva Singh 

      Professor    

Michael Porter 

Section Advisor 

Dr. Christian Ketels       

Harvard University  May 2009     

TABLE OF CONTENTS 

  1. COUNTRY ANALYSIS .......................................................................................................................... 1  1.1 Overall Economic Performance .................................................................................................. 1  1.2 National Business Environment .................................................................................................. 7  1.3 National Level Recommendations for the German Government ............................................ 11  2. PHOTOVOLTAIC CLUSTER ANALYSIS ............................................................................................... 12  2.1 Overview of German Photovoltaic Cluster ............................................................................... 12  2.2 Photovoltaic Technology .......................................................................................................... 14  2.3 Photovoltaic Value Chain .......................................................................................................... 15  2.4 Cluster Map .............................................................................................................................. 17  2.5 Key Success Factors for Development of the Cluster ............................................................... 20  2.6 Challenges for the Cluster Going Forward ............................................................................... 25  2.7 Recommendations for Continued Success of the Cluster ........................................................ 28 

 

   

1. COUNTRY ANALYSIS  1.1 Overall Economic Performance  The  German  economy  is  the  fifth  largest  economy  in  the  world  in  PPP  terms  (US  $2.7  trillion  in  20081)  and  the  leading  economy  in  Europe.  In  2007,  services  constituted  69.5  percent  of  GDP;  industry and construction, 29.6 percent; and agriculture, the remaining 0.9 percent.2   Figure 1. GDP growth in Germany  5.00

Real Change in GDP (%)

4.00 3.00 2.00

EU 

1.00

OECD 0.00 ‐1.00

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Germany 

‐2.00 ‐3.00 ‐4.00

 

Source: EIU data. 

Strong growth in 2007 led unemployment in 2008 to fall below 7.8 percent,3 the lowest level since  the  reunification  of  Eastern  and  Western  Germany.4  With  1.3  percent  annual  growth  in  2008,  5  however,  the  economy  began  to  contract  in  the  second  quarter  due  to  the  strong  euro,  high  oil                                                          1

 EIU data.   Library of Congress, Federal Research Department, April 2008.  3  EIU data.  4  Modernization and integration of the Eastern German economy continues to be a long‐term process.  5  CIA data.  2

1   

prices,  tighter  credit  markets,  and  slowing  growth  abroad.  The  German  economy  is  predicted  to  contract by 6 percent in 2009.6   There is a GDP per capita gap between states in East and West Germany, with East German states  having a lower GDP per capita on average. East German states, however, are growing faster than  West German states with the help of government incentives packages to encourage investment in  the region.  Table 1. German Lander Nominal GDP Per Capita for PV Module Producing States Region East East East East East West West West Germany Average

Lander Brandenburg Thuringia Saxony Saxony-Anhalt Mecklenburg-Vorpommern North Rhine-Westphalia Bavaria Baden Wurttemburg --

2008

21,721 21,875 22,620 22,427 21,439 30,113 35,530 33,876 30,343

€ € € € € € € € €

5 Year Growth 19.26% 20.05% 17.89% 23.46% 19.73% 15.49% 15.37% 14.75% 15.72%

Source: Statistical offices of the Lander and the Federal Statistical Office.

  Budgetary Policy  From a budget deficit of about 4 percent of GDP in 2004, the economy reached balance in 2007.7 A  substantial policy effort contributed to a structural adjustment of about 3 percent of GDP between  2003  and  2007.8  Much  of  this  adjustment  reflected  cuts  in  discretionary,  aging,  and  welfare  expenditures. The adjustment continued in 2007 with the VAT hike, a reduction in the deductibility  of  interest  income,  expenditure  restraint,  and  an  increase  in  healthcare  premiums.9  However, 

                                                        6

 Financial Times, “World in Recession: Berlin expects 6% contraction but snubs call for new stimulus,” 30 April 2009,  Asia Ed 1.  7 EIU data.  8  IMF country report, February 2008.  9  Ibid. 

2   

recent  developments  have  led  the  government  to  revise  fiscal  policy  with  more  countercyclical  measures.   Domestic Demand  Even  though  consumers  are  feeling  considerable  relief  from  the  recent  oil  price  fall,  hopes  for  a  noticeable boost to consumption did not become reality. Wages rose in 2008 about 3 percent, in  accordance with collective agreements.10 However, there are substantial job losses in the course of  the recession and a rising savings ratio.  Figure 2. Germany’s export market share 

   Source: WEO, OECD, Direction of Trade Statistics, and IMF staff calculations. 

German external performance  The export sector’s performance has been strong and the country’s growth is being carried by net  exports, while the domestic consumption remains weak. Improving competitiveness, rising external  demand, and favorable trade linkages helped exporters to build market share. Exports of goods rose                                                         

10

 Federal Ministry of Economics and Technology, Annual Economic Report 2008. 

3   

by  more  than  50  percent  in  real  terms  since  the  euro’s  inception  in  1999.11  Germany  has  been  world’s number one exporter since 2003. The current‐account surplus has remained large at more  than 5 percent of GDP since 200412, following deficits in the 1990s.13 This turnaround in the current  account is the reflection of steady improvements in the trade balance, especially within the EU.  Figure 3. Exports Portfolio by Cluster, 1997‐2007 

  In  2008,  exports  amounted  to  47.2  percent  of  GDP,  while  imports  were  40.9  percent.  Germany's  most  important  market  is  the  European  market14:  European  countries  are  the  destination  of  74  percent of German exports, while other European countries are the source of 71 percent of German  imports.15 An immediate neighbor, France is its most important trading partner, accounting for 9.6                                                          11

 IMF Country Report, December 2006.   EIU data  13  EIU data.  14  Ibid.  15  German Federal Ministry of Economics and Technology.  12

4   

percent  of  German  exports  in  2006.16  The  United  States  ranks  second  at  8.7  percent.17  Of  Germany's ten leading trading partners, which together account for about two thirds of Germany's  foreign trade, only three ‐ the United States, Japan and China ‐ are located outside Europe.  Germany  has  strengthened  its  already  strong  position  in  the  world.  Most  German  clusters  have  grown and substantially increased their shares in the world export market between 1999 and 2007  (Figure 3).  In terms of foreign direct investment, Germany is a very attractive place. In 2008, it attracted EUR  460  billion  and  had  operations  of  45,000  foreign  companies,  including  the  world’s  500  largest  corporations.18  Table 2. Unemployment rate in Germany in 2003 (in percent) 

  Unemployment  The  distribution  of  Germany’s  workforce  by  sector  has  the  following  structure:  agriculture  2.2  percent;  industry  25.5  percent;  and  service,  72.3  percent,  with  total  39.1  million  participants.19  Unemployment  remains  in  double  digits  in  some  states  in  the  East,  where  high  wages  are  not                                                          16

 Ibid.   Ibid.  18  GTAI (2009) web‐site: http://www.gtai.com/homepage/germany‐at‐a‐glance/facts‐figures/our‐economy/?backlink=0  [Accessed in May 2009].  19  Library of Congress, Federal Research Department, April 2008.  17

5   

matched  by  productivity.  Germany’s  stagnation  is  widely  viewed  as  a  structural  problem  with  its  roots  in  the  labor  market.  Overregulation  has  prevented  the  domestic  economy  from  absorbing  quickly  the  labor  shed  by  the  export  sector.  Wage  rigidities  and  high  reservation  wages  remain  important impediments to employment creation, despite significant reforms. Given high labor costs  and  wage  rigidities,  companies  stepped  up  their  purchases  of  intermediate  inputs  from  cheaper  (mostly foreign) suppliers (outsourcing) and, at times, shifted entire production lines to lower‐cost  counties  (off‐shoring).  As  a  result,  high  unemployment  is  an  important  problem  in  the  German  economy  and  fighting  it  has  been  a  central  focus  of  the  government’s  reforms.  Germany’s  labor  market  problems  are  concentrated  in  unemployment  in  the  East,  unemployment  and  non‐ participation among older workers nation‐wide, and nonparticipation among women—particularly  in the West—and young people. 

6   

1.2 National Business Environment  Figure 4 summarizes the strengths and weaknesses of the national diamond.  Figure 4. National Diamond Analysis 

 

Source: Authors’ analysis. 

Factor Conditions  In  terms  of  broad  positive  factor  conditions,  Germany  has  very  high  quality  logistical  and  communications  infrastructure.  Germany  has  ranked  second  in  the  global  ranking  list  for  the  number of patents per capita. Germany spends 2.5 percent of GDP20 on research and development  (R&D), which is quite a high level worldwide, though it is still less than in Japan and the US.  Apart  from  patents,  the  three  broad  areas  where  Germany  is  above  its  competitiveness  rankings  based  on  purchasing  power  parity‐adjusted  GDP  per  capita21  are  administrative  infrastructure,  capital market infrastructure, and innovation infrastructure.22 Within innovation infrastructure, four  targets that need the most improvement are (1) Quality of the educational system, (2) Quality of                                                          20

 World Development Indicators.   Above means doing poorly.  22  Rankings in 2008 Global Competitiveness Report.  21

7   

math and science education, (3) Availability of scientists and engineers, and (4) Tertiary enrollment.   In the education category, Germany’s 2006 PISA reading and mathematics scores are even with the  OECD average and science scores are above the average, but tertiary attainment in Germany is now  below  average.  Even  worse,  the  performance  gap  between  native  students  and  students  with  immigrant backgrounds is “one of the largest among OECD countries.”23   Figure 5. Patents with World Market Relevance 

  Within the capital market infrastructure, the three poorest indicators for Germany are (1) Ease of  access to loans, (2) Financing through the local equity market, and (3) the Soundness of banks.  In  terms  of  the  soundness  of  banks  (which  has  been  a  global  problem),  the  main  problem  with 

                                                        23

 OECD Economic Survey of Germany, p. 96. 

8   

German banks is the €816 billion of toxic assets the Landesbanken (State Banks) hold.24 In response,  the German federal government is offering to create a bad bank to buy up the toxic assets provided  that  the  banks  agree  to  consolidate  the  state‐owned  banking  sector.25  Small  and  medium‐sized  businesses  are  the  driving  force  of  the  German  economy.  The  roughly  3.5  million  small  and  medium‐sized  companies  and  self‐employed  persons  comprise  99.7  percent  of  all  businesses,26  produce 40.8 percent of taxable turnover, provide 70.5 percent of jobs and train 83.4 percent of all  apprentices.27 Financing for small and medium‐sized companies in eastern Germany is more difficult  than  in  West  Germany.  The  reserves  and  securities  that  are  available  for  the  purpose  of  securing  loans are mostly smaller than for companies in western Germany. Due to significantly higher loan  defaults in the past, banks are less willing than they were previously to accept credit risks.  Within  the  administrative  infrastructure,  the  poorest  indicators  are  (1)  Ease  of  starting  a  new  business,  (2)  Number  of  procedures  required  to  start  a  business,  and  (3)  Burden  of  government  regulation.  To address starting a business, the German government launched a Start‐Up Campaign  in 2006. An information system was placed online offering support for start‐up consultancy services  in  2006,  electronic  commercial  registration  was  introduced  for  companies  in  2007,  and  the  minimum amount of capital required to start a limited liability company will be lowered to €10,000.  Demand Conditions  On average, Germany’s rank in demand conditions is competitive compared to its PPP adjusted GDP  per  capita,  but  two  indicators  are  particularly  low  in  this  category.  First  is  the  government  procurement  of  advanced  technology  products.  The  second  lowest  performing  indicator  is                                                          24

 Financial Times, 4 May 2009.   Ibid.  26   Chritian Rammer, United Nations University, Universiteit Maastricht, Country Review of Germany, The “POLICY MIX”  Project.   27  Ibid.  25

9   

government success in ICT promotion.  ICT now contributes more to value creation in Germany than  automotive  and  mechanical  engineering  and  it  is  estimated  that  ICT  accounts  for  40  percent  of  economic  growth.28  To  address  ICT  promotion,  the  German  government  has  created  a  program,  Information Society Germany 2010, to maximize growth and employment in the sector.  Related and Supporting Industries  This  is  by  far  the  strongest  part  of  the  German  national  diamond,  with  only  the  extent  of  cluster  policy being a relative disadvantage for Germany. Even the ranking for the extent of cluster policy is  only two ranks above the GDP ranking for Germany.  The most visible cluster policy in Germany is  currently the German government’s High‐Tech Strategy. This strategy, which began in 2006, focuses  on  17  high‐tech  fields,  such  as  health,  security,  energy,  optical  technologies,  information  and  communication,  and  nanotechnologies.    As  part  of  the  strategy,  the  German  government  aims  to  increase R&D expenditures to reach 3 percent of GDP.29 Unfortunately, although most of Germany’s  clusters are high‐tech, there are some fast‐growing ones like tobacco and construction services that  are not. For these clusters, there is no discernible cluster policy in Germany.  Context for Strategy and Rivalry  Germany’s  context  for  strategy  and  rivalry  ranking  is  approximately  as  strong  as  its  factor  and  demand  conditions  rankings,  but  far  behind  its  related  and  supporting  industries  ranking.  Within  this  category,  Germany  does  particularly  well  in  the  intensity  of  local  competition  and  the  effectiveness of antitrust policy. There are, however, three indicators in which Germany does not 

                                                       

28

 German Federal Ministry of Economics and Technology, http://www.bmwi.de/English/Navigation/Technology‐ policy/the‐information‐society.html.   29  EU 2008 assessment of progress on the Lisbon Strategy reforms, p. 24. 

10   

do well at all. These are: (1) Impact of taxation on incentives to work and invest, (2) Distortive effect  of taxes and subsidies on competition, and (3) Rigidity of employment.  In  terms  of  taxation,  Germany  implemented  a  corporate  tax  reform  in  2008  to  increase  its  competitiveness  as  a  business  location.  This  reform  has  reduced  the  corporate  tax  rate  from  39  percent to below 30 percent.30 In the 2007 Employment Rigidity Index, Germany scored 13 points  above the high‐income OECD average.31,32 The Hartz labor reforms implemented from 2002 to 2004  mainly  focused  on  reducing  high  unemployment,  but  now  Germany  must  turn  to  improving  the  competitiveness of its labor force. 

1.3 National Level Recommendations for the German Government  Cross‐cutting reforms  •

Improving domestic consumption through promotion of domestic products 



Simplification  of  government  regulations,  particularly  in  the  area  of  starting  a  business,  while conducting further tax reforms to complement 2008 tax cuts 



Further restructuring of the financial market to facilitate easy access to loans while easing  financing through equity market 

Strategy and rivalry‐ labor market improvements  •

Reducing  rigidity  of  employment  and  expanding  large‐scale  job  training  and  placement  programs 



Reduction of social benefits to increase incentives to work 



Relaxing immigration policy for high skilled labor 

                                                        30

 German Business Portal, http://www.german‐business‐portal.info/GBP/Navigation/en/Business‐Information/legal‐ requirements.html.   31  Above is worse.  32  World Development Indicators. 

11   

Innovation promotion  •

Keeping  policy  of  reaching  3%  GDP  expenditures  on  R&D  and  increasing  government  expenditure on advanced technology products to promote demand 



Attracting top‐level researchers from abroad, expanding bilateral and multilateral scientific  co‐operation, offering attractive return options to German researchers 



Improving the education system at all levels, especially at the level of tertiary education in  order to meet expected increases in the demand for highly qualified people. 

2. PHOTOVOLTAIC CLUSTER ANALYSIS  2.1 Overview of German Photovoltaic Cluster  In 2007, Germany was the world’s largest solar PV market with 3.8 GWp of total installed PV power,  representing 49 percent of global market share.33 The German cluster accounted for 55 percent of  global  solar  electricity  production  and  installed  1.1  GWp  of  new  PV  capacity  in  2007  alone,  generating EUR 5.7 billion in revenues (33 percent of the world market), including EUR 2.5 billion in  exports.34  The  cluster  boasted  more  than  10,000  businesses35,  including  over  80  manufacturers  of  PV  components,  over  60  PV  equipment  suppliers,  and  employed  42,000  people  in  2007  (denoting  employment  growth  of  over  30  percent  since  2006).36    The  growth  of  the  cluster  has  been  buttressed  by  a  strong  focus  on  innovation  and  technology,  with  over  60  research  institutes  in  Germany  engaged  in  the  development  of  PV  technology.    German  investments  in  PV  R&D                                                          33

 GTAI (2009d).   GTAI (2009d) and Wissing (2008).  35  Wissing (2008).  36  GTAI (2009d).  34

12   

amounted  to  approximately  EUR  176  million  in  2007,  and  between  2004  and  2007,  the  cluster  registered over 250 patents. 37  Due to an extensive incentive program provided by the German government, the German PV cluster  is concentrated in the former East‐German states of Saxony, Thuringia, Saxony‐Anhalt, and Berlin‐ Brandenburg.  Over  90  percent  of  PV  manufacturers  in  Germany  are  located  in  this  region.  While  many PV equipment and machinery suppliers are spread further south into Bavaria, this is due to  the  well‐established  heavy  machinery  and  equipment  cluster  located  in  that  region.    As  for  PV  research institutes, there is a heavy concentration in both eastern Germany and Bavaria, so as to  allow proximity to both manufacturers and equipment suppliers (Figure 6).  Figure 6. PV Cluster Geography 

  Source: GTAI (2009a‐c). 

While the solar irradiation levels in Germany are well below many other regions and countries of  the  world,  the  German  PV  cluster  has  developed  successfully  due  to  a  number  of  key  factors:  (i)                                                         

37

 GTAI (2009d). 

13   

supportive government policies and incentives; (ii) the availability of a skilled labor force and high‐ quality  infrastructure;  (iii)  significant  investment  in  R&D;  (iv)  the  presence  of  highly  developed  supporting industries; and (v) the depth and breadth of enabling industry associations.  The  next  three  sections  provide  an  overview  of  photovoltaic  technology,  the  PV  value  chain  and  cluster map.  Section 2.5 then elaborates analytically on each of the enabling factors that have been  critical for growth of the cluster thus far. The final section brings to light challenges for the cluster  going forward and provides recommendations for continued success. 

2.2 Photovoltaic Technology38  PV  systems  generate  electricity  from  solar  radiation.  A  PV  system  consists  of  PV  modules  that  produce electricity and inverters that convert the generated direct current into alternating current.  Safe, durable, reliable, recyclable, and requiring little maintenance, PV modules used in PV systems  have an estimated lifetime of 30 years. Customizable in size, the modules are weatherproof clusters  of a large number of PV cells under a sheet of glass.  A  PV  cell  is  made  of  two  layers  of  a  semi‐conductor  material:  positively  charged  and  negatively  charged.  Electricity  is  generated  when  light  shines  on  the  semi‐conductor.  Therefore,  a  PV  cell  requires daylight, not direct sunlight. The most common semi‐conductor material used in PV cells is  silicon.  Crystalline  silicon  (about  90%  of  the  market)  and  thin  film  technologies  are  the  most  widely  commercialized PV technologies. Monocrystalline, polycrystalline, and ribbon sheets are the three  main types of crystalline cells that are made from thin slices cut from a single crystal of silicon, a  block of silicon crystals, or grown ribbons, respectively.                                                          38

 Adapted from EPIA (2008) and EPIA and Greenpeace (2008). 

14   

The  four  types  of  thin  film  modules  (amorphous  silicon,  cadmium  telluride,  copper  indium  diselenide, and multi‐junction cells) differ in the active photosensitive material that is placed in very  thin layers onto glass, stainless steel or plastic.  The  efficiency  measure  for  solar  cells  calculates  what  share  of  sunlight  received  is  turned  into  electricity. Presently, the efficiency of crystalline silicon cells is 12‐17%, while that of thin films is 5‐ 13%.  Among  other  PV  technologies  that  have  been  researched  and  commercialized  are  concentrated  photovoltaics and flexible films. The former are designed to concentrate sunlight using a lens and  saving on the semiconducting PV material. Their efficiency is a promising 20‐30%. Flexible cells are  based  on  thin  film  technology,  but  use  flexible  backing  material,  which  has  advantageous  applications potential.  Small PV systems have been used in consumer electronics. Large PV systems can be used as grid‐ connected  or  stand‐alone  systems  for  domestic  and  industrial  purposes.  PV  systems  can  be  combined into hybrid systems that use electricity generated from other sources.  The  future  of  PV  technology  lies  in  increasing  the  efficiency  of  PV  cells  and  potentially  greater  integration  of  PV  systems  with  applications  such  as  PV  integrated  houses,  buildings,  construction  materials, and fuel‐efficient cars. 

2.3 Photovoltaic Value Chain  The crystalline‐based technology value chain has several distinct production stages (Figure 7):  1. Silicon feedstock production;  2. Silicon processing – silicon is processed into ingots and ingots are cut into squares;  15   

3. Wafer production – wafers are sliced from the squared ingots;  4. Cell production – cells are produced from the wafers;  5. Module production – cells are put together in modules; and  6. System  production  –  systems  are  produced  from  the  modules  and  installed.  It  should  be 

noted that production of inverters and other non‐PV module components can be separated  here as a sub‐stage.  Figure 7. Crystalline‐based technology production process 

   Source: EPIA (2008). 

As silicon production and processing requires substantial investment and technical knowledge, the  number of companies at this stage is relatively small. At the level of cell and module production, the  number of producers is larger due to less intensive knowledge and investment requirements. At the  very end of the value chain are installers that are usually small, local businesses.  Explosive growth of the global PV industry in recent years has led to shortages of silicon feedstock.  Electronic 

grade 

silicon 

had 

been 

historically 

16   

produced 

solely 

for 

the 

semi‐

conductor/microelectronics  industry,  but  by  2007  over  half  of  the  worldwide  electronic  grade  silicon was used by the PV industry. Solar grade silicon can be of lower quality than electronic grade  silicon; therefore several companies, including new entrants, have chosen to produce it.  The non‐PV module components account for 20‐70% of the total PV system installation costs.39 This  part of the value chain, particularly inverters, has been growing substantially recently.  Clearly, the non‐silicon thin film‐based technology value chain differs in the upstream. There are no  investment and knowledge intensive production stages related to silicon production. Instead, there  are  sourced  photosensitive  materials  and  glass,  stainless  steel  and  plastic.  With  lower  production  costs,  thin  film  manufacturing  has  expanded  rapidly  –  globally,  film  shipments  have  more  than  doubled between 2006 and 200740.  The  German  PV  cluster  houses  companies  specializing  in  all  or  parts  of  the  PV  value  chain.  For  instance, Wacker‐Chemie AG is one of the world’s leading suppliers of silicon for the semiconductor  and PV industries, Deutsche Solar AG and PV Silicon AG are the main suppliers of silicon ingots and  wafers, and QCells has operations in virtually all parts of the value chain.41 

2.4 Cluster Map  The  map  of  the  German  PV  cluster  is  depicted  in  Figure  8.  At  the  center  of  the  cluster  are  PV  manufacturers, producers of PV equipment, and installers of PV systems – all players located along  the  entire  value  chain. PV  equipment  producers  supply  tools  for  all  stages  in  the  value  chain  and  account for 15% of the cluster’s revenue, or EUR 875 million in 2007.42 

                                                        39

 IEA (2006).   Jager‐Waldau (2008).  41  Ibid. and Wissing (2008).  42  GTAI (2009a).  40

17   

Finance  is  made  available  to  the  cluster  through  the  banking  system  and  funding  programs  from  KfW (German Development Bank).  The existence of strong supporting industries has been instrumental for the quick development and  upgrading of the cluster. The caliber of most supporting industries in Germany is such that they are  usually leading industries in Europe and ranked among the top three or five globally.  Close  cooperation  with  education  and  research  institutions,  industry  associations,  and  utilities  operators has been crucial for creating an enabling environment for the cluster. For instance, there  are  over  60  education  and  research  institutes  who  train  specialists  and  carry  out  R&D  in  clean  technologies,  including  photovoltaics.  Within  the  framework  of  the  International  Energy  Agency’s  Photovoltaic Power Systems Program, Germany has collaborated with 18 OECD countries on joint  photovoltaic R&D projects.  Figure 8. Cluster Map 

  Source: Authors’ analysis. 

18   

Finally, the role of the government has been crucial in crafting and revising the Renewable Energy  Act  (EEG)  in  creating  an  expanding  domestic  PV  market,  limiting  the  administrative  burden,  and  creating  a  non‐discriminatory  legal  framework  that  provides  for  the  same  level  playing  field  for  domestic and foreign companies interested in participating in the photovoltaics business.  Figure 9. Cluster Diamond 

  Source: Authors’ analysis. 

The  rapid  development  of  the  PV  cluster  in  Germany  is  due  to  the  very  strong  elements  of  its  diamond  (Figure  9).  With  high  quality  factor  conditions,  related  and  supporting  industries,  and  a  solid  context  for  firm  strategy  and  rivalry,  the  cluster  has  quickly  reacted  to  improving  demand  conditions  that  have  been  created  through  the  feed‐in‐tariffs  and  other  investment  guarantees  under the EEG. 

19   

2.5 Key Success Factors for Development of the Cluster  (i) Government Policy and Incentives  The  German  government’s  policies  to  encourage  solar  PV  technology  and  electricity  production  date back to the Electricity Feed‐In Act of 1991 and 1000 Roofs Program of 1991‐1995.43  The Act  and Program provided grid access to solar electricity producers for the first time as well as a refund  payment  of  approximately  EUR  0.085  per  kWh,  and  tested  the  grid  compatibility  of  PV  systems.   Between 1995 and 1999, the Government introduced further regional support programs and demo  plants  for  PV  producers,  working  towards  the  initiation  of  the  100,000  Roofs  Program  in  1999,  which provided low‐interest loans for 300 MWp of installed capacity.44  In 2000, Germany passed the Renewable Energy Sources Act (EEG), requiring grid operators to pay a  higher price to solar electricity producers (EUR 0.51 per kWh) than to providers of traditional fossil  fuel electricity.45  Then in 2004, the Government amended the EEG to introduce a feed‐in tariff (FIT)  system  whereby  solar  electricity  providers  would  be  given  a  guaranteed  price  of  between  EUR  0.457‐0.624 for a period of 20 years.46  While the German government’s pre‐2000 policies helped  spur  interest  and  initial  action  in  the  solar  PV  sector,  the  introduction  of  the  EEG  in  2000  and  subsequent amendment in 2004 were key milestones that helped the German PV cluster takeoff.  In  addition  to  the  20  year  price  guarantee  provided  under  the  2004  amendment,  an  additional  element  of  the  feed‐in  policy  was  an  annual  reduction  of  5  percent  in  the  20  year  rate.    This  incentivized early entry into the PV sector as the rate PV electricity producers started at would be  the rate they would keep for 20 years. Moreover, the FIT was provided to commercial PV providers  as  well  as  individual  households  that  connected  their  solar  panels  to  the  grid.    This  encouraged                                                          43

 Rafael Wiese, BSW 2007 (GTZ).   Ibid.  45  Ibid.  46  Ibid.  44

20   

widespread adoption of solar PV panels by German homes—by 2008, nearly 400,000 households in  Germany had installed solar panels.47  Apart from the FIT, the German Government also provided tax credits for commercial PV providers,  including  VAT  exemption  and  a  20  year  depreciation  period  for  investments.    The  Government’s  policy framework aimed at making East Germany the hub for PV activity in Germany and therefore  most  incentives  were  geared  towards  firms  setting  up  in  the  former  East  German  states.    For  example, firms entering the East German cluster received investment incentives of up to 50 percent  of  capital  expenditure,  and  the  KfW  provided  low  interest  loans  for  private  and  commercial  investors alike.48  By 2008, the federal Government had provided about $1.2 billion in subsidies to  firms  in  the  East  German  solar  cluster.    Notably,  foreign  firms  and  investors  were  welcomed  and  given  incentives  equivalent  to  German  firms.49    As  a  result,  the  East  German  PV  cluster  soon  attracted  some  of  the  best  international  PV  companies,  which  stood  to  gain  from  the  myriad  incentives, positive externalities and know‐how afforded them by locating in East Germany.   Finally,  in  addition  to  the  various  investment  incentives  (such  as  low‐interest  loans  and  public  guarantees)  provided  to  PV  companies,  the  Government  also  offered  an  extensive  scheme  of  operational incentives, such as recruitment and training support, wage subsidies, and incentives for  R&D.50  (ii) Skilled Labor force and High‐Quality Infrastructure  Another  crucial  enabling  factor  for  the  development  of  the  German  PV  cluster  was  the  plentiful  supply  of  skilled  labor  as  well  as  high‐quality  infrastructure.    Over  25  percent  of  the  German                                                          47

 Caroline Bayley, “Germany’s Sunny Revolution.” Accessed at http://news.bbc.co.uk/2/hi/business/7181866.stm.   GTAI (2009d).  49  Ibid.  50  Ibid.  48

21   

workforce had university or vocational college education, and 50 percent of workers were classified  as  skilled  craftsmen  or  technicians.    Furthermore,  the  historical  presence  of  the  microchip  and  semiconductor industries in East Germany gave the region a highly‐skilled and flexible labor force.51   Numerous  universities  developed  solar  technology  and  offered  a  range  of  graduate  level  courses  with a strong focus on PV and renewable energies.52   On  the  infrastructure  front,  the  German  Unity  Transport  Projects  were  launched  in  1991  to  close  the infrastructure gap between East and West Germany.  The projects involved a total investment  of  EUR  38.5  billion  and  included  the  construction  of  9  railway  ventures,  7  motorways,  and  1  waterway.53    Overall  since  1990,  over  EUR  67  billion  have  been  publicly  invested  to  rebuild  East  German infrastructure that was subpar at the time of reunification.  This huge investment in East  German  infrastructure  led  to  a  double  advantage  by  2007—not  only  was  the  quality  of  infrastructure completely modernized and top‐rate, but the property and rental rates of the region  were relatively low compared to West Germany and other cosmopolitan centers of Europe.  Hence,  setting  up  in  the  East  German  cluster  was  a  win‐win  situation  for  companies  in  terms  of  costs  as  well  as  high‐quality  physical  and  technical  infrastructure.    Logistics  centers  were  also  abundant,  with  Berlin‐Brandenburg  alone  boasting  5  freight  traffic  centers  and  nearly  100  large  logistics  companies.54    Moreover, Germany had a 100 percent digitalized telecommunications network with 87,000 miles  of fiber optics and an ISDN density five times higher than in the US or UK.55  All in all, the availability 

                                                        51

 Caroline Bayley, “Germany’s Sunny Revolution.” Accessed at http://news.bbc.co.uk/2/hi/business/7181866.stm.   GTAI (2009d).  53  German Federal Ministry of Transport, Building and Urban Affairs. Accessed at http://www.bmvbs.de/en/Federal‐ Government‐Commissione/‐,2577/Infrastructure‐for‐unified‐Ger.htm.  54  Accessed at http://www.zab‐brandenburg.de/files/documents/SolarFolder_E_080820.pdf.  55  GTAI (2009).  52

22   

of  highly‐skilled  and  specialized  workers,  a  good  transportation  system,  and  solid  physical  and  technical infrastructure at relatively low costs made East Germany an ideal setting for the growth of  the PV cluster.  (iii) Significant Investment in R&D  Under  its  High‐Tech  Cluster  Strategy,  the  German  federal  government  allocated  significant  resources towards energy and environmental technologies in 2006‐2009.  The presence of world‐ class research institutes together with a concerted public and private sector effort to invest in PV  technology,  has  made  Germany  home  to  one  of  the  richest  PV  R&D  landscapes  in  the  world.    In  2007, the German PV industry invested EUR 175.8 million in R&D.56  State‐funded research has also  been massive, given the federal government’s commitment to invest EUR 6.5 billion in renewable  energy  research,  technology  and  innovation  in  this  legislative  period.57    Germany  is  especially  focused  on  new  PV  technology  areas  such  as  organic  photovoltaics,  and  in  2007,  the  German  Ministry of Education and Research committed to invest EUR 360 million to support groundbreaking  research on organic PV.  As a result of this heavy emphasis on R&D, over 250 solar PV patents were  registered in Germany between 2004 and 2007.58  The  close  cooperation  and  collaboration  between  research  institutes,  universities  and  PV  manufacturers  and  equipment  suppliers  has  helped  make  the  adoption  of  new  PV  technologies  more cost effective and seamless.  This has been a vital element in the German PV cluster’s success  to date. 

                                                       

56

 GTAI (2009d).   Ibid.   58  Ibid.  57

23   

(iv) Highly Developed Supporting Industries  The  presence  of  highly  developed  supporting  industries,  especially  in  semiconductors,  optics,  chemicals  and  glass,  has  also  played  a  fundamental  role  in  enabling  the  successful  growth  of  the  German  PV  cluster.    The  East  German  states  where  the  PV  cluster  is  concentrated  were  already  home  to  the  top  semiconductor  industry  in Europe,  as  well  as  a  vibrant  optics  industry  with over  400 companies and 235,000 employees.  In addition, Germany is the global leader in logistics, and  ranks  among  the  top  3  globally  in  information  and  communications  technology  (ICT).    It  is  the  European  leader  in  the chemicals  industry  (among  the  top  4  globally),  and  has  an  extensive  glass  sector with 330 companies and 50,000 employees.  Last but not least, Germany is a powerhouse in  the  machinery  and  equipment  industry,  harboring  6000  companies  with  0.9  million  employees,  responsible for 28 percent of the world’s mechanical engineering patents.59  The depth and breadth of these supporting industries has provided the German PV cluster with a  rich source of highly specialized workers, a ready supply of machinery and equipment inputs, and  one  of  the  best  transport  and  ICT  infrastructures  in  the  world.    The  existence  of  these  clusters  together  with  the  large  number  of  PV  firms  located  in  such  a  concentrated  area,  has  also  led  to  many learning‐by‐doing externalities.  (v) Well Established Institutions for Collaboration  Industry  associations  have  played  an  important  role  in  coordinating  the  sharing  and  exchange  of  information.  There  are  multiple  organizations  at  the  sub‐national,  national,  European  and  international  levels.    For  instance,  the  European  Photovoltaic  Industry  Association  (EPIA)  unites  members from the entire PV value chain and represents their interests at the national, international  and global level. EPIA is the world’s largest PV industry association representing about 80% of the                                                          59

 GTAI (2009). Web‐site: http://www.gtai.com/homepage/industries. 

24   

worldwide PV industry.60 The German Energy Agency (DENA) is a child of the Federal Government  and KfW, intended to serve as a competence center for energy efficiency with almost 6,000 sales  offices.61  Finally, the Federal Solar Energy Association (BSW) unites over 650 members (producers,  wholesalers, consultants, R&D institutes) and serves as a forum between solar businesses and the  German government. 

2.6 Challenges for the Cluster Going Forward  While Germany’s PV cluster is slated to grow at a rate of 25‐30 percent over the next decade,62 such  growth will depend on the confluence of certain crucial elements: (i) demand conditions for solar  PV within Germany and internationally; and (ii) the ability of the cluster to compete against rising  PV markets in China, Spain and the USA.  This section will expand on these elements that present  potential  challenges  for  the  future  success  of  the  cluster.  The  final  section  will  then  provide  recommendations to address these challenges and ensure future progress. 

                                                        60

 EPIA (2009). Web‐site: www.epia.org.   DENA (2009). Web‐site: http://www.dena.de/en/infos/about‐dena.  62  GTAI (2009b).  61

25   

Figure 10. Installed PV Power by country, 2006 

  Source: IEA (2006). 

(i) Demand Conditions in Germany and Abroad  Ensuring  a  growth  rate  of  25‐30  percent  for  the  German  PV  cluster  in  coming  years  will  require  robust  demand  for  solar  PV  within  Germany  and  abroad.    Domestic  demand  conditions  are  promising.  This is partly because of the German government’s goal to make the country a global  leader in renewable energy and environmental sustainability, through incentive programs and such.   But it is also due to the propensity of German consumers to purchase more fuel efficient cars and  electronics,  and  be  more  environmentally  conscious.    Indeed,  Germany’s  commitment  to  environmental sustainability and renewable energy permeates German consumers and society on a  social, cultural and ethical level, over and above government incentives. 

26   

In  terms  of  international  demand,  the  European  Union’s  decision  to  increase  the  share  of  power  obtained from renewable energy sources by 20 percent and to cut carbon emissions by 20 percent  by 2020, should help keep demand for solar PV buoyant throughout Europe.  In addition to its own  market, Germany’s location at the heart of Europe provides companies located in the East German  cluster easy access to other growing PV markets in Spain, France and Italy.  Furthermore, with the  rapid  growth  in  India,  China  and  other  developing  countries,  the  strain  on  conventional  power  sources will only increase in coming years, making the move towards renewable energies inevitable.   Not  only  will  solar  PV  play  an  important  role  as  a  clean  energy  proxy  for  traditional  sources  of  power, but it will also make it easier to provide electricity in rural and remote areas which are far  removed  from  the  grid.    Germany’s  reputation  for  providing  the  highest  quality  goods  makes  the  “Made in Germany” label on solar PV products attractive internationally.  Against  this  mostly  positive  backdrop,  there  are  also  some  concerns  regarding  future  demand  conditions.  In particular, once the German government tapers off incentives such as the attractive  FIT  provided  to  solar  PV  users  at  present,  will  this  lead  to  a  drop  in  PV  production  and  demand?   There  are  also  concerns  that  the  EU  may  introduce  a  system  of  trading  renewable  energy  obligations  (similar  to  the  UK’s  system  of  Renewables  Obligation  Certificates)  among  member  states, which could cause Germany’s FIT mechanism to unravel.63   (ii) Competition from Growing PV Markets in Asia, Spain, and the USA  While  the  German  PV  cluster  has  enjoyed  a  preeminent  position  in  the  global  market  so  far,  the  cluster faces rising competition from growing PV markets in Asia (China, Taiwan, Korea), Europe and  the USA.  As more and more companies enter, the industry is becoming less consolidated.  In fact,  market share of the top 10 PV manufacturers fell from 80 percent in 2004 to 57 percent in 2007,                                                         

63

 Caroline Bayley, “Germany’s Sunny Revolution.” Accessed at http://news.bbc.co.uk/2/hi/business/7181866.stm. 

27   

and  only  two  of  the  top  ten  companies  are  German.64    Moreover,  as  China,  Spain  and  other  countries with much higher solar irradiance levels than Germany aggressively enter the PV sector,  the German cluster will confront stiffer competition than ever before.  The growth stories of China  and  Taiwan  are  particularly  remarkable—China  expanded  PV  production  capacity  from  3  MW  in  2001 to 1070 MW in 2007.65  As of 2007, 98 percent of Chinese and Taiwanese PV production was  exported.66 

2.7 Recommendations for Continued Success of the Cluster  Given  the  challenges  outlined  above,  we  recommend  the  following  policies  to  ensure  continued  success of the German PV cluster:  1. The German PV industry and Government must work in tandem to continue a high level of  investment in PV R&D.  Cutting edge technological innovations will enable Germany to build  on  its  present  market  dominance  in  the  PV  sector.    Not  only  will  this  enable  the  German  cluster  to  compete  against  Chinese  and  Spanish  counterparts,  but  will  also  expand  the  demand base for PV products (if technology leads to cost reductions).  2. Germany  must  coordinate  with  the  EU  to  ensure  that  policies  introduced  on  an  EU‐wide  basis,  such  as  trading  certificates  to  meet  renewable  obligations,  do  not  induce  a  sudden  negative shock to the German PV cluster and policy framework.  3. Germany  should  remain  completely  open  to  foreign  PV  companies  and  continue  to  offer 

these companies the same incentives as German firms.  In this way, even when PV markets  such as Spain grow, the well‐established German cluster will provide an attractive location  for international companies looking to set up in Europe and access all markets there.                                                          64

 Jager‐Waldau (2008).   Ibid.  66  Ibid.  65

28   

References  Arnulf Jager‐Waldau (2008). PV Status Report 2008: Research, Solar Cell Production and Market  Implementation of Photovoltaics. European Commission, Directorate General Joint Research  Centre, Institute for Energy, Renewable Energy Unit: September 2008.  Benoit, Bertand. “Berlin expects 6% contraction but snubs call for new stimulus.” Financial Times,  30 April 2009, Asia Ed1.  Christian Rammer, “Country Review Germany”, Monitoring and analysis of policies and public  financing instruments conducive to higher levels of R&D investments, The “POLICY MIX” Project,  United Nations University, Universiteit Maastricht.  CIA World Factbook.  Commission of the European Communities. “Implementation of the Lisbon Strategy Structural  Reforms in the context of the European Economic Recovery Plan: Annual country assessments‐ a  detailed overview of progress made with the implementation of the Lisbon Strategy reforms in  Member States in 2008.”  EIU, country data.  EPIA (2008). Photovoltaic Energy: Electricity from the Sun.  EPIA and Greenpeace (2008). Solar Generation V – 2008: Solar Electricity for Over One Billion  People and Two Million Jobs by 2020.  German Council of Economic Experts. “Mastering the Financial Crisis‐ Strengthening Forces for  Growth.” Annual Report 2008/09 Summary.  German Federal Ministry of Economics and Technology. “Annual economic report 2008 Staying on  course!”  German Federal Ministry of Economics and Technology. “The Federal Government’s Initiative for  Small and Medium‐Sized Businesses”, July 2006.  German Federal Ministry of Economics and Technology.  http://www.bmwi.de/English/Navigation/root.html.   German Federal Ministry of Education and Research. “The High‐Tech Strategy for Germany.” 2006.  Published by the Public Relations Division of the Federal Ministry of Education and Research.  German Federal Ministry of Finance. “From the 2000 Tax Reform to the 2008 Corporate Tax  Reform‐consistent and palpable reduction of direct tax burdens for citizens and enterprises.” 9 July  2007.  29   

German Statistical Office of the Lander. “Entstehung, Verteilung und Verwendung des  Bruttoinlandsprodukts in den Ländern und Ost‐West‐Großraumregionen Deutschlands 1991 bis  2008.”  Global Competitiveness Rankings. 2008. Institute for Competitiveness at Harvard University.  GTAI (2009a). Photovoltaic Equipment in Germany. Germany Trade and Invest: January 2009.  GTAI (2009b). Photovoltaics in Germany. Germany Trade and Invest: January 2009.  GTAI (2009d). The Photovoltaic Industry in Germany – The World’s Strongest PV Cluster. Germany  Trade and Invest: February 2009.  GTAI (2009с). Photovoltaic R&D in Germany. Germany Trade and Invest: January 2009.  GTAI (2009с). Photovoltaic R&D in Germany. Germany Trade and Invest: January 2009.  IEA (2006). Trends in Photovoltaic Applications: Survey Report of Selected IEA Countries between  1992 and 2005. International Energy Agency, Photovoltaic Power Systems Programme. Report IEA‐ PVPS T1‐15: 2006.  IMF Country Report, December 2006.  IMF Country Report, February 2008.  Lothar Wissing (2008). National Survey Report of PV Power Applications in Germany 2007.  International  Energy Agency, Cooperative Program on Photovoltaic Power Systems. Task 1 –  Exchange and dissemination of information on PV power systems. Prepared on behalf of BMU – German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety. May 2008.  OECD Economic Surveys: Germany. Volume 2008/7. April 2008  OECD Economic Surveys: Germany. Volume 2008/7. April 2008.  OECD. “PISA 2006: Science Competencies for Tomorrow’s World.” Chapter 6 Tables.  PV Policy Group (2006). Improving the European and National Support Systems for Photovoltaics:  Assessment of 12 National Policy Frameworks for Photovoltaics, Country Analyses, Benchmarks,  Conclusions. European Best Practice Report.  Wiesmann, Gerrit and James Wilson. “Berlin cranks up pressure on regional banks to consolidate.”  Financial Times, 4 May 2009, Europe Ed1.  World Bank. World Development Indicators.  World Export Values, 2008. Institute for Competitiveness at Harvard University. 

30   

Recommend Documents